وبلاگ

• نویسنده : آی تی
• 09 دی 1402
• 0 نظر

دنیای نفت-گاز-پتروشیمی

امروزه بسیاری از چاه های تولیدی به علل گوناگون دچار Water Coning یا Gas Coning می شوند که مقاله زیر به این علتها پرداخته است:

"بررسی پدیده  مخروطی شدن آب در مخازن نفتی رانش آب ":

چکیده :

یکی از مشکلات عمده ای که در مخازن نفتی تحت رانش آب ، رخ می دهد ،پدیده مخروطی شدن آب است . این پدیده در اثر عدم توازن نیلن نیروهای ویسکوز و ثقلی رخ میدهد و سطح تماس آب - نفت در نزدیکی چاه تغییر شکل داده وبه صورت مخروط به سمت فاصله تکمیل چاه پیشروی میکند تا نهایتا" پدیده رسوخ ( break through) در چاه رخ دهد و تولید آب از چاه افزایش خواهد یافت . در این مقاله به بررسی خواص سنگ و سیال در به وجود آمدن این پدیده در مخازن همگن و شکاف دار خواهیم پرداخت .

مقدمه :

در مخازن نفتی که تحت رانش آب تولید می کنند ، گرادیان فشار بین چاه و مخزن موجب می شود سطح تماس آب - نفت به سمت دهانه چاه بالا بیاید و شکلی مخروطی پیدا کند . ارتفاع این مخروط آبی به گرادیان فشار ، خواص سنگ و سیال بستگی دارد که تمام این فاکتورها در نرخ تولید بحرانی دیده می شوند . نرخ تولیدبحرانی عبارت است از کمترین نرخ تولیدی که موجب به هم خوردن رشد یکنواخت سطح آب - نفت شود . اگر نرخ تولید چاه از مقدار نرخ بحرانی بیشتر گردد شاهد تولید آب از چاه و کاهش تولید نفت خواهیم بود . این حداکثر نرخ تولید نفت بدون آب به ضخامت مخزن ، فاصله ناحیه مشبک کاری شده ، تراوایی ، چگالی و گرانروی بستگی دارد و اولین بار محققی بن نام Muskat در 1932 این حداکثر نرخ تولید را نسبت به فاصله ناحیه مشبک کاری شده (hp)  برای انواع ضخامت های مخزن (h)  به صورت منحنی هایی انتشار داد که تا چند دهه مبنای محاسبات تولید بهینه از چاه بوده است . محققان دیگری در این زمینه کارکرده اند ، اما در مخازن شکافدار موضوع نرخ تولید بحرانی کمتر مورد بررسی قرارگرفته است .

مخازن تحت رانش آب :

تولید نفت به وسیله فرآیند رانش آب ، معمولا" موثرترین فرآیند تولید نفت مخازن است .این نوع فرایند تولید معمولادارای چندین مشخصه است که می توان به کاهش فشار بسیار تدریجی ، تولید زود هنگام آب در چاه هایی که به سطح تماس آب، نفت نزدیکترند و مشاهده تغییرات ناچیز در نسبت گاز به نفت تولیدی (GOR) در طول عمر مخزن اشاره کرد . کنترل نرخ تولیدی برای کاهش تولید آب مهمترین دغدغه مهندسان نفت است . برای این امر درک ارتباط خواص سنگ و سیال مخزن با پدیده مخروطی شدن آب کمک شایانی برای پیش بینی نرخ تولید بهینه می کند .

ویسکوزیته نفت : اولین پارامتر مهمی که بر روی مخروطی شدن آب موثر است گرانروی نفت می باشد . در مخازن نفت سنگین تحت رانش آب ، مشکلات مخروطی شدن حادتر از مخازن نفت سبک می باشد .

 اختلاف چگالی ها :

اختلاف چگالی   ممکن است از یک مقدار کمی حدود gr/cc 05/ برای نفت های سنگین تا مقدار بیشتری حدود gr/cc03/ برای نفت های سبک تغییر کند . ( برای نفت هایی با درجه API کمتر از 10 درجه ، چگالی نفت بیشتر از چگالی آب معمولی است ).

از شکل 2 نتیجه می شود که : الف - به ازای یک دبی ثابت زمان رسوخ با افزایش چگالی نفت ، کاهش می یابد . ب - نرخ های تولید کم ، افزایش چگالی نفت باعث کاهش زمان رسوخ می شود .

اثر نفوذ پذیری :

یکی از پارامترهای مهم  نفوذ پذیری عمودی است .اگر نفوذپذیری عمدی   Kv   صفر شود بدین معنی است که هیچ جریانی در جهت عمودی ایجاد نمی شود و پدیده مخروطی شدن نخواهیم داشت .در موارد محدودی اگر نفوذپذیری عمودی مانند نفوذپذیری افقی باشد تمایل به پدیده مخروطی شدن افزایش می یابد و این حالت می تواند در مخازن شکافدار به علت بالا بودن تراوایی عمودی اتفاق بیفتد. وابستگی اثر نفوذپذیری به نرخ تولید بحرانی بین 20٪± متغیر است .

 اثر نسبت رخنه چاه :   

نسبت رخنه چاه به صورت b=hp/h است که hp ارتفاع ناحیه مشبک کاری شده و h ضخامت مخزن نفتی است . هرچه hp کمتر باشد نرخ تولید بحرانی افزایش می یابد ( با این فرض که مخزن از بالا مشبک کاری شده  باشد )

محققان زیادی روی مقدار بهینه b برای تعیین حداکثر نرخ تولید نفت بدون آب کار کرده اند . در این جا تحلیلی برای تعیین مقدار بهینه b  که به صورت جزیی ، از بالای ضخامت مخزن مشبک کاری شده ، ارایه شده است . این مقدار بهینه ، بایستی کمتر از یک سوم کل ارتفاع لایه نفتی باشد که این مقدار به ارتفاع لایه نفتی ، شعاع دهانه چاه و شعاع مساحت تخلیه مخزن بستگی دارد . ( مطابق شکل 3)

دبی تولید :

پارامترهای مورد مشاهده در بالا در تعیین بحرانی موثرند . در نرخ های تولید پایین سطح مشترک آب و نفت به صورت شکل پایداری فرض می شود و بر عملکرد چاه اثر سوء ندارد . تخمین نرخ تولید بهینه مهمترین پارامتری است که بر روی مخروطی شدن آب مورد بحث قرا گیرد که این نرخ تولید با تعیین دبی بحرانی به عنوان بیشترین دبی تولید نفت بدون تولید آب از چاه ، تعیین می گردد . تاکنون روابط اصلاحیه زیادی برای تعیین نرخ تولید بحرانی ازچاه های عمودی و چاه های افقی ارایه شده است که متناسب با نفوذپذیری موثر نفت ، ویسکوزیته ، اختلاف چگالی ، نسبت رخنه چاه و نفوذپذیری عمودی هستند . هنوز بررسی جامعی در اعتبار این روابط برای میادین نفتی ایران که عمدتا" شکاف دار هستند ، صورت نپذیرفته است .

رفتار پدیده مخروطی شدن آب در مخازن شکافدار طبیعی :

یکی از مهمترین تفاوت های موجود بین مخازن سنتی و مخازن شکافدار ، تاریخچه تولید برش آب طی بهره برداری از چاه است . در مخازن همگن بین برش آب و مقدار بهره دهی مخزن ارتباط ساده ای وجود دارد . اما در مخزن شکافدار رفتار برش آب پیچیده است . به عنوان مثال در مخازن پر شکاف به محض رخ دادن «پدیده رسوخ آب » ،تولید نفت به سرعت افت کرده و درصد برش آب افزایش می یابد ، به طوری که بعد از گذشت مدت کوتاهی برش آب از صفر تا صد در صد افزایش می یابد . در این قبیل مخازن برای رسیدن به حداکثر بهره دهی باید با تعیین نرخ تولید بحرانی و تنظیم تولید کمتر از آن از پدیده رسوخ ناگهانی آب جلوگیری کرد . شکل 4 رفتار برش آب در مخازن همگن و شکافدار را نشان می دهد . در این شکل ، نمودار برش آب نسبت به بهره دهی  چاه  می تواند برای تعیین حجم شکافهای نزدیک دهانه چاه به کار برده شود . در مخازنی که شکاف های عمودی و افقی فراوان یا دارای نفتهای سبک و عمق بسیار هستند ، رفتار برش آب شبیه مخازن نفتی است . در این نوع مخازن به علت وجود نیروهای ثقلی قوی نسبت به نیروهای گرانروی احتمال وقوع پدیده مخروطی شدن کاهش می یابد . در مخازن شکافدار به علت نفوذپذیری بالای شکافهای عمودی شاهد تسریع در پدیده مخروطی شدن در نرخ های تولید کم هستیم و از این رو پدیده رسوخ و تولید آب سریعتررخ می دهد در بررسی پدیده مخروطی شدن در مخازن شکافدار به کمک مدل تخلخل دوگانه وارن و روتarren & Root) W) دیده می شود که پروفایل های اشباع در ماتریکس ها کندتر از شکافها حرکت میکنند و ما شاهد دو جبهه پیش رونده آب در ماتریکس ها و شکافها خواهیم بود ، لذا فرارسیدن زمان رسوخ آنها هم یکسان نخواهد بود و آب اولیه تولیدی چاه ، آبی است که از جبهه پیشرونده در شکافها به دهانه چاه رسیده . یعنی مسیری که دارای کمترین مقاومت بوده است . این مسیر متناسب با توزیع شکافها در اطراف دهانه چاه ، الزاما" از پایین منطقه مشبک کاری شده وارد چاه نمی شود . در حقیقت وجود هدایت دهی بالای شکافها در بالای فاصله مشبک کاری شده می تواند موجب رسوخ مخروط از بالای منطقه مشبک کاری شده شود. شکل 5 نشان می دهد که رشد جهت دار مخروط به وسیله مسیر شکافها تحت تاثیر قرار می گیرد . بنابراین مشبک کاری قسمت بالای لایه مخزن به منظور کم کردن احتمال مخروطی شدن آب در این نوع مخازن الزاما" نمی تواند مفید واقع شود .

نتیجه گیری :

1-    برای مطالعه پدیده مخروطی شدن آب جمع آوری اطلاعات خواص سیالات و خواص سنگ به منظور ارایه راه کار های اقتصادی و موثر از قبیل چاه های افقی ، تزریق ژل و پلیمر ..... برای جلوگیری از به وجود آمدن این پدیده ، ضروری است .

2-  روابط تجربی مورد استفاده برای پیشبینی مخروطی شدن آب در مخازن همگن نمی توانند پیش بینی درستی برای مخازن شکافدار طبیعی داشته باشند .

3- به دلیل نا همگونی توزیع شکافها در اطراف دهانه چاه در مخازن شکافدار ، شاهد رشد نا متقارن مخروط آبی خواهیم بود که می توانند حتی از بالا یا میانه فاصله مشبک کاری شده وارد دهانه چاه شوند ، بنابراین تعیین دقیق زمان رسوخ در مخازن شکافدار به راحتی امکان پذیر نیست.